[发明专利]油套管复合载荷下弯曲疲劳试验装置

说明书

技术领域

    本发明属于钻井技术领域，涉及一种油套管复合载荷下弯曲疲劳试验装置。

背景技术

目前在石油天然气开发过程中，为了保证钻杆在井下钻进过程中不发生异常疲劳断裂，要求在地面进行旋转弯曲疲劳寿命试验评价。对套管、油管来说，在井下由于温度、高压流体运动冲击等种种因素条件下，经常会出现振颤现象。振颤作用下，油套管发生循环弯曲响应。长期的弯曲导致油套管在井下发生弯曲疲劳断裂，或接头部位出现泄漏等失效事故。目前还没有合适的试验装置能对油套管进行此类工况的实物模拟试验装置，只具备评价静载荷与温度作用下油套管的强度与密封性能的能力。国内现有用于弯曲疲劳实物试验装置不能模拟管子或转轴在拉伸、压缩或内压等复合载荷作用下的疲劳寿命，且为机械方式驱动弯曲或旋转，对试验系统本身的耐疲劳性能有很高的要求，经常出现试样还未疲劳失效，试验设备已有螺栓等配件疲劳断裂。国外采用谐振驱动的弯曲疲劳试验机如图1所示，其弯曲加载重物2全部放在橡胶支座6外侧，偏置弯曲加载重物11由电机带动，绕试样轴线旋转。这种装置在试验过程其弯矩一直为一个方向，如图7所示，只是大小变化，且在橡胶支座6处弯矩同样产生循环变化，加上磨损，更容易产生疲劳。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够避免实验装置本身发生疲劳而损害，也不会磨损试样外表面的实物复合载荷下弯曲疲劳性能试验装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：油套管复合载荷下弯曲疲劳试验装置，包括加载部和支撑部，加载部包括试样及位于试样两端的两个试样堵头，支撑部包括位于试样堵头下方的两个橡胶支座；每个试样堵头的外侧端部分别设置弯曲加载重物，每个橡胶支座分别位于临近试样的位置，在每个橡胶支座与试样之间的试样堵头上分别设置有旋转电磁弯曲加载重物，每个试样堵头上的旋转电磁弯曲加载重物与弯曲加载重物关于橡胶支座对称；旋转电磁弯曲加载重物由同圆心的位于内环的永磁体层和位于外环的电磁铁层组成；永磁体层通过固定装置固定在试样堵头上，电磁铁层通过支座支撑，电磁铁层与电源连接；所述永磁体层与电磁铁层分别由数个沿圆周方向排列的永磁体和电磁铁间隔组成，永磁体的数量与电磁铁的数量相同，永磁体和电磁铁一一对应的沿相同圆周位置均匀间隔排列，每个永磁体与每个电磁铁之间的距离相等且磁极相对。

所述旋转电磁弯曲加载重物的质量等于永磁体层质量与固定装置的质量之和。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：该装置不仅能模拟评价钻杆在旋转弯曲作用下的疲劳强度，还可以模拟油套管在循环弯曲载荷作用下的强度与密封可靠性，同时也可以对管子或转轴施加轴向载荷，模拟复杂受力状态下的结构件弯曲疲劳寿命，且电磁驱动试样旋转弯曲，降低了试验对试验机械结构的性能需求。

附图说明

图1为现有的弯曲疲劳性能试验装置结构示意图；

图2为图1装置产生的弯矩效应示意图；

图3为本发明的弯曲疲劳试验装置结构示意图；

图4为本发明的复合载荷下弯曲疲劳试验装置结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为电磁旋转弯曲装置的结构示意图；

图7为电磁旋转弯曲装置中永磁体和电磁铁的电磁场示意图；

图8为本发明装置产生的弯矩效应示意图。

其中：1. 旋转电磁弯曲加载重物；2.弯曲加载重物；3. 万向节；  4. 电磁铁；5.永磁体；6.橡胶支座；7.试样；8.试样堵头；9.复合载荷框架；10.电源；11.永磁体层；12.电磁铁层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

国外采用谐振驱动的弯曲疲劳试验装置如图1所示，图1为其中关键部位的弯曲疲劳试验装置结构示意图，其弯曲加载重物2全部放在橡胶支座6外侧，偏置弯曲加载重物11由电机带动，绕试样轴线旋转。这种装置在试验过程其弯矩一直为一个方向，参见图7，只是大小变化，且在橡胶支座6处弯矩同样产生循环变化，加上磨损，更容易产生疲劳。